顯示記錄儀表和裝置是自動檢測和控制系統(tǒng)中必不可少的環(huán)節(jié)，主要可分為模擬顯示記錄儀表、數(shù)字顯示記錄儀表和計算機屏幕顯示記錄裝置等三大類。
模擬顯示儀表出現(xiàn)最早，將一些不能直接或不能精確直接感知的物理量（如溫度、壓力、流量和磁場等）用易于精確觀察的物理量（如線位移、角位移等）來表示，這種方法在工程中稱為物理模擬法，而凡是用物理模擬方法對被測信息實現(xiàn)顯示的儀表，就稱之為模擬顯示儀表。模擬儀表通常使用指針或記錄筆的偏轉角或位移量、光柱（條）的長短變化等方法來顯示被測參數(shù)連續(xù)的變化。
就測量線路而言，模擬顯示儀表一般可分為直接變換式和平衡式兩大類。直接變換式儀表測量線路簡單，價格較低，但準確度較低，線性刻度較差，信息能量傳遞效率低，靈敏度不高；平衡式儀表測量線路結構較復雜，價格較高，但準確度高，靈敏度和信息能量傳遞效率都較高，線性度好。常見的模擬顯示儀表有動圈式儀表、自動平衡式的電位差計和自動平衡電橋等。
數(shù)字式顯示儀表就是把被測參數(shù)連續(xù)變化的模擬量變換為斷續(xù)的數(shù)字量并以數(shù)碼形式顯示的儀表。數(shù)字式顯示儀表測量速度快，抗干擾性能好，準確度高，讀數(shù)直觀，具有自動報警、自動量程切換、自動檢測、參數(shù)自整定、濾波、非線性處理以及進行各種運算等功能，其性能優(yōu)于模擬式顯示儀表，已在一些領域取代了模擬顯示儀表。
屏幕顯示儀表其本質上就是配有專門數(shù)據(jù)采集處理接口、專門的顯示屏幕和其他附加裝置的計算機系統(tǒng)。
1．模擬顯示儀表
（1）動圈式顯示儀表
動圈式顯示儀表是發(fā)展較早的一種模擬式顯示儀表，它是一種直接變換式基于磁電式原理的模擬顯示儀表，可以直接顯示直流毫伏信號，也可以顯示其他可轉換為毫伏信號的參數(shù)。
動圈式儀表由測量線路和測量機構兩部分組成。其中測量機構是核心，對于不同型號的動圈式顯示儀表，其測量線路各有不同，但其測量機構是完全一樣的標準組件。如圖8.1所示，動圈式儀表的測量機構由永久磁鋼、張絲、軟鐵心、動圈、刻度面板和儀表指針等部件構成。支承動圈的張絲也是傳導電流的導線，當有電壓信號作用時，動圈通過電流，在磁場作用下產生轉動。扁帶型張絲產生反力矩，起平衡轉動力矩的作用。平衡時指針的偏轉角度與所加的電壓成正比。
動圈儀表常與熱電偶配套使用用于溫度測量。為了滿足不同的測量要求和準確性，動圈儀表內有由若干個電阻組成的測量線路。圖8.2為配熱電偶的動圈儀表的測量電路。這些電阻包括量程電阻R串，環(huán)境溫度補償電阻RT和RB，阻尼調整電阻R并。
根據(jù)動圈儀表的工作原理可知，動圈的偏轉角α應與流過動圈的電流I成正比，即：
式中，c為測量機構的電流靈敏度，應是一常數(shù)；是熱電偶輸出的電勢信號；
是測量回路的總電阻。
若動圈儀表需要更換熱電偶的型號或改變原有的測量范圍時，需要更換R串，并改變儀表的刻度（量程）。新量程下R串的阻值如下：
式中，E1，E2分別為改變前后儀表所對應的量程值（用電勢大小表示）；R串1、R串2分別為改變前后儀表的量程電阻的阻值。
新的調節(jié)刻度標尺計算如下：
式中，Et為儀表刻度對應的任一電勢值；Lmax為儀表標尺長度；Lt為對應于Et時的儀表刻度的直線長度。
當動圈儀表與熱電阻配合顯示被測參數(shù)時，一般通過橋路變換將電阻轉換為毫伏信號。工業(yè)上常常使用三線制接法，并規(guī)定每根連接導線的電阻為5Ω，若不足5Ω時，一定要用錳銅絲電阻補足5Ω，調整阻值要精確到5Ω±0.01Ω。其他測量線路與配熱電偶的基本相同。
（2）自動平衡式電子電位差計
自動平衡式電子電位差計是一種典型的平衡式顯示儀表，能與輸出信號為電勢（電壓）的各種檢測元件配合，用于測量（顯示）及記錄被測參數(shù)。
自動平衡式電子電位差計的基本原理及其結構如圖8.3所示，它主要由測量電橋（由R2、R3、R4、RG等組成）、放大器和可逆電機等部分組成，另外還有記錄用的記錄機構、機械傳動裝置以及同步電機等。
由熱電偶或傳感器或變送器輸入的直流電勢（或由直流電流通過輸入端的連接電阻而得的電壓）與測量橋路的a、b端的直流電壓進行比較，比較后的電壓差值（即不平衡電壓）經過放大器放大后，輸出足以驅動可逆電機的功率，推動可逆電機帶動指示、記錄機構，同時還帶動測量橋路中的滑線電阻RP的滑觸點，改變滑觸點a在滑線電阻中的位置，直到測量橋路新的a、b端的電壓與輸入電勢平衡為止。如果輸入電勢信號再發(fā)生變化，則又會產生新的不平衡電壓，再經放大器放大而驅動可逆電機，又改變RP滑觸點的位置，重復上述過程，直到產生新的平衡位置為止。而與滑觸點相連的指示、記錄機構沿著有分度的標尺滑行，滑觸點的每一平衡位置相應于標尺上的一定數(shù)值，因此，每當電路處于平衡狀態(tài)時，指示機構的指針在標尺上指出對應的被測參數(shù)變量值。
自動平衡式電子電位差計的測量橋路有兩條支路（上支路和下支路）。目前中國統(tǒng)一設計的XW系列電子電位差計的上支路電流為4mA，下支路電流為2mA。橋路中各電阻的定義及作用如下。
R3稱為下支路限流電阻，為一固定值，與R2配合，保證下支路在25℃時工作電流為2mA。
R4稱為上支路限流電阻，它與Rnp（RP、RB和RM三個電阻并聯(lián)后的等效電阻）、RG串聯(lián)，使上支路電流為4mA。
RG稱為起始電阻。被測電勢的下限值越高，RG越大。RG由RG’和rg兩部分串聯(lián)而成，其中rg作微調用。
R2為橋臂電阻，一般情況下，它和RG配合使用實現(xiàn)被測電勢下限值的要求。當電子電位差計與熱電偶配套使用測溫時，R2可作為熱電偶冷端溫度補償電阻。
RP稱為滑線電阻。它是測量系統(tǒng)中的一個很重要的部件，儀表的示值誤差、記錄誤差、變差、靈敏度以及儀表運行的平滑性等都和滑線電阻的優(yōu)劣有關。對其材料的選用、結構、加工工藝等都有較高的要求。
RB為工藝電阻，使RP和RB并聯(lián)的電阻值等于90Ω。這樣把RP和RB作為一個整體處理，便于設計計算，有利于成批生產。
RM為量程電阻，它是決定儀表量程大小的電阻，它的大小由儀表測量范圍與所采用的分度號決定。RM越大，對應的儀表量程越大；反之，RM越小，儀表量程越小。一般情況為了便于儀表量程的微調，RM是由RM’和rM串聯(lián)而成，只要調整rM的阻值，就可微調儀表量程。
1）配熱電偶用于顯示和記錄溫度的電子電位差計的測量橋路的設計計算
熱電偶需要考慮冷端的自動補償，因此采用銅補償電阻RCu代替一般電子電位差計中的橋臂電阻R2。其等效電路如圖8.4所示。
假設①滑線電阻兩端各有一小段滑觸點滑不過去的部分，其電阻值為，
一般為0.03～0.05。
②熱電偶冷端溫度變化所引起的附加電勢與室溫近似成線性關系。
③標準環(huán)境溫度t0等于標準室溫（20℃）加上儀表本身的溫升，如對于晶體管儀表，t0＝20℃＋5℃＝25℃。
④儀表實際工作環(huán)境溫度等于實際室溫（一般為0～50℃）加上溫升，tG＝55℃（為環(huán)境可能出現(xiàn)的溫度上限），tD＝5℃（為環(huán)境可能出現(xiàn)的溫度下限）。
⑤橋路計算應使熱電偶冷端附加電勢分別在上、下限兩點溫度tG、tD得到全補償。
當熱電偶冷端溫度由環(huán)境溫度下限tD變到環(huán)境溫度上限tG時，熱電勢將減小E（tG，tD），而冷端溫度補償電阻將由變到
，下支路電流將由
變到
。根據(jù)銅電阻阻值隨溫度變化的公式，可以推得：
2）電子電位差計測量毫伏（毫安）信號時的測量橋路的設計計算
測量橋路的計算與配熱電偶的基本相同，只是不需要考慮溫度補償，即R2采用錳銅絲電阻。
一般情況下，在電壓量程時，取
，即當
時，
，
。
當時，取
，即當
時，
，
。
（3）電橋式自動平衡顯示儀表
電橋式自動平衡顯示儀表（自動平衡電橋）可與熱電阻配套測量溫度，也常常用于顯示記錄其他電阻類敏感元件對被測參數(shù)的測量。它將電阻類敏感元件直接接入電橋的一個橋臂，以電橋平衡的原理進行工作。自動平衡電橋測量橋路如圖8.5所示。
"
圖8.5中R2、R3、R4為橋路的固定電阻，R6為起始電阻，R5為量程電阻，RP為滑線電阻，RB為工藝電阻，使其與RP的并聯(lián)電阻為90Ω。一般也為0.03～0.05。Rt為被測熱電阻，
，
表示整個儀表刻度范圍內熱電阻的電阻變化值。Rt1、Rt0分別是相應于儀表標尺終點和起點時熱電阻的電阻值。
。It0為n＝0時流過熱電阻的電流，It1是n＝1時流過熱電阻的電流，Itm是流過熱電阻電流的最大值，且規(guī)定
。R1是連接熱電阻的三線制的導線電阻，并規(guī)定R1=2.5Ω。
自動平衡電橋的工作原理是測量橋路自身的平衡。若電路處于平衡狀態(tài)，則有：，其中，r1、r2分別是R5、RP和RB并聯(lián)后的等效電阻Rnp在滑觸點左邊和右邊部分的電阻值。當溫度升高時，Rt增大，電橋平衡被破壞，Uab>0，經過放大器A放大以后，驅動可逆電機M，使滑線電阻的滑動觸頭向左移動，使r2減小，r1增大，直到平衡等式再次成立，Uab＝0，可逆電機停止轉動，橋路實現(xiàn)了新的平衡；反之，亦然。
可以看出，與自動平衡電位差計相比，兩者的平衡原理是相同的，但測量橋路的作用是不同的。自動平衡電位差計的測量橋路在反饋環(huán)節(jié)中，而自動平衡電橋的測量橋路則是作為比較環(huán)節(jié)而存在；自動平衡電位差計中被測電壓與由橋路所產生的不平衡電壓相互平衡，而自動平衡電橋中是滑線電阻的反饋觸點與被測電阻對應，而使橋路的輸出達到平衡；達到平衡時，自動平衡電橋的測量橋路處于平衡狀態(tài)；而自動平衡電位差計的測量橋路處于不平衡狀態(tài)。
平衡電橋橋臂中的各電阻的計算較為復雜，一般按不同的量程對橋路進行計算。如圖8.6為測量橋路的等效電路。
設為橋路下支路臂比。
1）對于中量程（）的電橋，取
。
取，并規(guī)定
，
。根據(jù)電橋平衡原理，可推得：
式中，為在儀表刻度起點時，橋路上支路的總電阻。中量程的平衡電橋測量溫度的范圍很寬，一般情況下，取
，
。
2）對于小量程（）的電橋，取
。
由于這是較小，上支路電流因受被測電阻熱效應的影響不能取得太大，必須小于6mA，一般為3mA，而且，要想提高橋路的電壓靈敏度，就要減小
，所以一般有
和
。其他的計算與中量程的計算方法基本相同。
3）對于大量程（）的電橋，取
。
大量程應提高，常采用
和
。用中量程的計算方法，可得大量程的計算公式。其中Rnp、R5和R6的計算公式同中量程的計算公式。上支路的總電阻為：
。而且為了方便，通常取
，
。
2．數(shù)字顯示儀表
數(shù)字顯示儀表的原理框圖如圖8.7所示。包括前置放大器、模擬/數(shù)字信號轉換器（A/D）、非線性補償、標度變換以及顯示裝置等部分。
（1）前置放大
前置放大的作用是把檢測元件的輸出信號放大并變換到A/D轉換器所需的電壓值。如果檢測元件是非線性的，則可以在前置放大電路中增加線性化處理電路。
（2）A/D轉換
A/D轉換是數(shù)字顯示儀表的關鍵單元之一，它的主要任務是把連續(xù)變化的模擬量轉換成斷續(xù)的數(shù)字量，具體包括采樣和量化（編碼）兩個過程。
將模擬量轉換為一定碼制的數(shù)字量稱為模數(shù)轉換（A/D）。A/D轉換器的位數(shù)代表著其分辨率，位數(shù)越多，分辨率越高，則量化誤差越?。籄/D轉換器的輸入信號的范圍越小，量化誤差也越小。
（3）標度變換
對于過程參數(shù)測量的數(shù)字顯示儀表，一般要求用被測變量的形式和數(shù)值顯示，這就需要進行標度變換。在A/D單元之前改變模擬轉換部分的轉換系數(shù)，稱為模擬量的標度變換；在A/D單元之后改變數(shù)字部分的轉換系數(shù)，稱為數(shù)字量的標度變換。
標度變換實際上是一種系數(shù)運算，即使被測變量的值和輸出的數(shù)字量一致，其系數(shù)的大小是按照“數(shù)值一致”的要求，預先整定好一次輸入的，這個系數(shù)在一個量程范圍內或一次測量中是固定不變的。
（4）非線性處理
非線性處理是檢測中的一重要問題，通常可采用的方法包括硬件直接線性化、反饋線性化、分段線性化和查表線性化等方法。